[发明专利]一种具有微纳结构的电催化多孔钛滤膜及其制备方法

权利要求书

1.一种具有微纳结构的电催化多孔钛滤膜，其特征在于：该滤膜由多孔钛基体、具有微纳结构的TiO₂中间层以及负载在中间层上的电催化活性层构成；所述具有微纳结构的中间层为原位生长在多孔钛基体上的TiO₂纳米花、纳米线、纳米棒或纳米管等集合体；所述电催化活性层构成为PbO₂、SnO₂、RuO₂、IrO₂、Sb₂O₅、Bi₂O₃等过渡金属氧化物或上述多种金属氧化物组成的复合金属氧化物。

2.按照权利要求1所述的一种具有微纳结构的电催化多孔钛滤膜，其特征在于：多孔钛膜可为平板状、管状，平均孔径范围为0.45μm～50μm。

3.如权利要求1 所述的一种具有微纳结构的电催化多孔钛滤膜制备方法，其特征在于：

该方法由以下三个步骤组成：

1）多孔钛基体预处理：将多孔钛膜浸泡含有HF酸和HCl的混合酸溶液中5 min～30 min，其中浓HF酸：浓HCl酸：去离子水体积比为1：1：200～1：1：100, 后经无水乙醇清洗放入真空干燥中入经80℃～120℃真空干燥，冷却至室温待用；

2）构建微纳结构TiO₂中间层，可分别通过以下三种方法实现：

A：水热法：将步骤1）中经过预处理的多孔钛放置在含有 2 mol/L～10 mol/L NaOH 溶液的高压反应釜中于150℃～220℃水热反应6 h～24 h, 反应后降温冷却取出多孔钛样品后经去离子水清洗，再在0.1 mol/L～0.5 mol/L HCl溶液中浸泡12～24小时，80℃～120℃干燥，最后转入马弗炉中在450℃～550℃烧结1 h~2 h，冷却至室温待用；

B：醇热法：配置浓度为20 mg/L~ 40 mg/L的含有草酸钛钾的二甘醇溶液，在30℃～60℃下搅拌溶解后加入去离子水继续搅拌0.5 h~ 1 h, 得到前驱液；将步骤1）中经过预处理的多孔钛放置在含有前驱液的高压反应釜中于150℃～220℃水热反应6 h～20 h, 反应，降温冷却取出多孔钛样品后经乙醇清洗并在80℃～120℃干燥，最后转入马弗炉中在450℃～550℃烧结1 h~2 h，冷却至室温待用；

C：阳极氧化法：配置含有NH₄F, 去离子水及乙二醇的电解液，其中去离子水与乙二醇的体积比为5：95 ～1：99，NH₄F在乙二醇水溶液的质量分数为0.2% ~ 1%；将步骤1）中经过预处理的多孔钛放置在电解液中并作为阳极，在槽电压20V ～60V阳极氧化1h ～5h；反应后样品经乙醇清洗并在80℃～120℃干燥，最后转入马弗炉中在450℃～550℃

烧结1 h~2 h ，冷却至室温待用；

3）负载电催化活性层，可分别通过以下三种方法实现：

A：溶胶凝胶法：配置含有Pb、Sn、Ru、Ir、Sb、Bi等过渡金属一种或多种金属盐

的乙醇溶液，各金属盐浓度范围为0.01 mol/L ~ 0.5 mol/L，其中另含有0.01 mol/L

~ 0.5 mol/L的辅助酸水溶液（可为硫酸、盐酸、硝酸及柠檬酸）；将经步骤2）中处理的多孔钛在该溶胶凝胶液中真空浸渍10 min～20min并在60℃～100℃下干燥，最后转入马弗炉中在450℃～550℃烧结15 min, 然后重复浸渍-干燥-烧结 5-10次， 最后在转入马弗炉中在450℃～550℃烧结1 h~ 2h，最后冷却至室温待用；

B：真空浸渍法：配置含有Pb、Sn、Ru、Ir、Sb、Bi等过渡金属一种或多种金属盐溶液的酸性盐水溶液，各金属盐浓度范围为0.01 mol/L ~ 0.5 mol/L，其中添加的辅助酸可为硫酸、盐酸、硝酸及柠檬酸，浓度范围为0.1 mol/L ~ 2 mol/L；将经步骤2）中处理的多孔钛在该酸性盐溶液中真空浸渍10 min～20min后，在60℃～100℃下干燥，最后转入马弗炉中在450℃～550℃烧结15 min, 然后重复浸渍-干燥-烧结 5-10次， 最后在转入马弗炉中在450℃～550℃烧结1 h~ 2h，最后冷却至室温待用。